CN104053589B - 旋转角度传感器 - Google Patents

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Abstract

用来测量轴的旋转角度的旋转角度传感器,其具有两个编码盘(3、5),其中第一编码盘(3)抗扭地与轴(2)相连,而第二编码盘(5)通过两个弹簧组(7和8、9)保持在轴(2)和壳体(1)之间。这两个编码盘(3、5)分别配备有传感器(4、6)。第一编码盘(3)的传感器(4)产生周期性的旋转角度信号,而从属于第二编码盘的传感器(6)产生与之不同的粗略信号(U2),从该粗略信号中可算出,该轴(2)位于n次可能的旋转中的哪次旋转内,其中n>1。

Description

旋转角度传感器
技术领域
本发明涉及一种旋转角度传感器,尤其涉及一种用来捕捉机动车的转向轴的旋转位置的旋转角度传感器,该转向轴能够执行多次旋转。
背景技术
DE 10 2005 007 259 B4描述了一种位置测量装置,其具有可旋转的轴、通过多个弹簧与该轴耦合的磁环以及设置在该磁环的外圆周上的磁轭。该磁环能够具有在圆周方向上交替分布的北极和南极。在该轴旋转时,该磁环通过磁力首先只是尾随地朝轴运动,直到由弹簧施加的旋转力大于该磁力,接着磁环突然地运动并且释放动能,该动能通过设置在磁轭上的线圈产生电子脉冲,该电子脉冲在评估装置中进行计算并且存储在非易失性存储器中。因此,该计算出的电子脉冲是磁环的旋转角度的尺度。通过该非易失性存储器,既使在电源电压失效时也能够唤起最后一次存储的数值。当然如果磁环在电源电压失效时旋转,则旋转位置的存储的数值不再与实际数值一致并且所有后续的测量结果都是错误的。
从DE 199 62 241 A1 和 DE 195 06 938 A1已知旋转角度传感器,其中两个测量齿轮与该轴的齿轮相耦合,其中这两个测量齿轮具有不同的齿数,虽然其中的一个测量齿轮在预设的测量范围中实施次数为n次的完整旋转,而第二测量齿轮则实施次数不同的(n-1或n+1)次完整旋转。两个传感器扫描这两个测量齿轮的旋转位置,并且相应地产生输出信号,由它们的相位差中可求得绝对的位置信号。
在这些旋转角度传感器中,测量精确度还取决于制齿的精度。通过跟轴间距有关的制造公差和安装公差,并且通过磨损,齿轮可能发生不应有的运动,在通常的意义中也可称为滑移,从而引起测量错误。在旋转方向折回时,该错误以滞后错误的形式表现出来。在齿轮和齿杆中的另一错误来源在于齿部和齿槽的形状缺少一致性,并且还在于齿部分布的不均匀性,这甚至会在齿部无间隙啮合时引起线性错误。非圆的齿轮也是这种情况,其后果是,在特定的旋转位置范围中存在着间隙,但在其它旋转位置范围中不存在间隙。在此需注意,在大多数测量应用情况中使用塑料齿轮。
为了解决该问题,DE 199 62 241 A1建议,将测量齿轮通过弹簧弹性地朝轴的齿轮绷紧。
DE 199 37 120 C2描述了一种转向角测量装置,其具有围绕着车辆的转向柱呈螺旋状设置的盘形弹簧,它的一个端部设置在转向柱上并且它的另一个端部位置固定地设置,其中在该盘形弹簧上设置有用来测量盘形弹簧的延伸和/或弯曲的测量元件。从盘形弹簧的测得的延伸和/或弯曲中确定转向角。
DE 198 356 886 A1描述了一种具有盘形弹簧的转向角传感器,它同样固定在转向轴和壳体上。传感器探测到盘形弹簧的电感的变化,该电感变化是由绕组数量的变化引起的。盘形弹簧是由弹性材料构成的弹性的扁平的带子,它通常也称为钟表弹簧。
DE 42 33 393 A1建议,设置弹簧膜片,它固定在壳体上并且固定在沿着该轴可移动的移动螺母上。伸展测量带探测该弹簧膜片的变形。
DE 198 95 106 C1示出了一种旋转位置传感器,其具有可旋转的轴和围绕着该轴的固定的定子。在该轴和该定子之间的空隙中设置有两个依次相连的、具有反向缠绕方向的盘形弹簧,在它们的连接区域中设置有包覆电极,它们与固定电极一起作用在定子上形成电容器。在该轴旋转时,这两个电极改变它们的相对位置并且导致了电容器的电容变化,该电容变化是轴相对于定子的旋转的尺度。
对于转向轴的旋转角度来说,现代的机动车电子需要高精度的旋转角度信号。因此,需要良好的线性、无滞后、高分辨率和高测量速度。无磨损和长的使用寿命同样也是理所当然的标准,如低的零件成本。
为了满足这些标准,上述具有测量齿轮的传感器非常繁杂且昂贵。借助弹簧工作的上述传感器不能带来所需的测量精度,尤其不能带来所需的分辨率。
发明内容
本发明的目的是,如下改进前述类型的旋转角度传感器,即它能满足上述标准并且尤其能提供高精度的、具有良好分辨率的输出信号。
为了实现上述目的,本发明采用如下技术方案:一种用来测量轴的旋转位置的旋转角度传感器,其具有两个传感器,其中第一传感器测量轴的旋转位置,而第二传感器测量一个物件的位置,该物件通过至少一个第一弹簧与该轴耦合,并且通过至少一个第二弹簧与位置固定的壳体耦合。
本发明的基本理念是,使用两个传感器,其中第一传感器直接测量轴的移位,而第二传感器测量物件的移位,该物件通过两个弹簧组与该轴耦合并且与位置固定的不可扭转的物体耦合。
第一传感器扫描第一编码盘,其精确地借助轴旋转并且在n次旋转时提供具有周期n的周期性角度信号。该信号非常精确且具有高的分辨率,因此可称为“精密信号"。但不可看到的是,该轴位于这些可能的完整旋转中的哪次内。
第二传感器扫描第二编码盘,其通过两个弹簧组支承并且只在缩小的范围内跟随着轴的旋转。第二编码盘在n次旋转的整个测量范围内以比第一编码盘更小的角度扭转。
如果该轴旋转超过360°并且尤其转过多个完整旋转,则在第一实施例中第二编码盘以少于360°的角度旋转。第二编码盘的角度移位在此也相对较小,并且例如只是几度或几毫米。因此,第二编码盘的由所属的传感器扫描的区域实际上实施了(几乎)线性运动。这两个弹簧或弹簧组的力通常由第二传感器测量,所述弹簧或弹簧组确定了与之耦合的物件的位置。因此,该物件可以是环状的编码盘,而且还可以是其它与这两个弹簧或弹簧组相连的物体。因此,可应用非磁性的传感器(例如伸展测量传感器)作为传感器。
在实施例中,第二编码盘一方面通过多个弹簧与位置固定的壳体相连,另一方面通过至少一个螺旋状缠绕的盘形弹簧与该轴相连。该盘形弹簧这样设计,即它能够承受次数为n的轴的完整旋转。在此,它沿圆周方向在第二编码盘上产生力,该力与设置在编码盘和壳体之间的弹簧的力是反向的。从属于第二编码盘的传感器产生了分辨率差的“粗略信号”,但从该信号中足以推导出该轴位于这些可能的n次完整旋转中的哪次内。从这两个信号(即粗略信号和精密信号)中能够为轴在完整旋转范围中的旋转位置算出高度精确的输出信号。
在本发明的第二实施例中,互换这些弹簧组。第二编码盘因此通过多个弹簧与该轴直接相连,并且通过至少一个盘形弹簧与该壳体相连。第一所述的弹簧具有明显小于盘形弹簧的伸展和弯曲能力。因此,第二编码盘基本上跟随着该轴的旋转位置,但由于盘形弹簧对旋转角度的作用尾随在该轴的后面,因此第二传感器的输出信号具有与第一传感器的输出信号不同的周期性。通过适当地设计这两个弹簧组,例如可使第二传感器的输出信号具有n+1个周期,而第一传感器的输出信号具有n个周期。该数值n > 1并且在机动车中通常在2和4之间,其中n不必是整数的,例如也可以是2.5或3.5。
根据本发明的改进方案,在这两个实施例中分别设置有两个在轴向方向上在该轴附近并排放置的盘形弹簧,它们相互偏置180°。因此平衡了在盘形弹簧拉紧时出现的径向力,否则该径向力可能使第二编码盘相对于轴的中间轴线径向地推移。当然,两个盘形弹簧在弹簧特性曲线方面设计得相同。
优选地使这两个编码盘磁化,并且所属的传感器是构造已知的磁性传感器。当然也可应用其它类型的编码盘和传感器,例如具有相应传感器的光学编码、电容编码或欧姆编码。
因为机动车中的旋转角度传感器会遭受颤动和振动,因此本发明的改进方案规定,第二编码盘支承或引导到一个或多个减震器中。这种减震器以尤其简单的方式由引导器构成,该引导器以小的间隙包围着第二编码盘的轴向端部。在轴向或径向振动时该编码盘接触该引导器,这一方面限制了振动并且还通过在接触时出现的摩擦实现了减振。
如果应用磁化的盘作为编码盘,则本发明的改进方案规定了屏蔽盘或隔壁,它们将这两个编码盘的磁场相互屏蔽,因此一个编码盘的磁场不会影响另一个编码盘的传感器。优选地,这些弹簧是由弹簧带状材料构成的弹簧,其折棚状地形成弹簧组,这些弹簧因此在纵向方向和折弯方向上是弹簧弹性的,相反在轴向方向上基本是硬直的,以便使第二编码盘不可移动地保持在轴向方向上。这些弹簧也称为之字形弹簧,因为它们具有之字形走向。优选地,以等距离的间距偏置地应用这些弹簧中的至少三个或四个。
根据本发明的改进方案,为了减少旋转角度传感器的构造尺寸,这两个弹簧组设置在环状的第二编码盘的内部,其中根据实施例这样来选择弹簧组的固定,即盘形弹簧或者其它弹簧(例如之字形弹簧)与该轴相连,而两个弹簧组的其它端部与第二编码盘相连。
附图说明
下面借助实施例并且参照附图详细地阐述了本发明。其中:
图1示出了根据本发明的第一实施例的旋转角度传感器的示意性纵向剖视图;
图2示出了沿着图1的线A-A的剖视图;
图3示出了图1和图2的实施例的两个传感器的输出信号的图表;
图4示出了根据本发明的第二实施例的旋转角度传感器的纵向剖视图;
图5示出了沿着图4的线B-B的剖视图;
图6示出了图4和图5的实施例的传感器的输出信号的图表;
图7a-图7c示出了弹簧组中的应用在本发明中的弹簧的俯视图;
图8示出了图1的实施例的变形,其具有位于第二编码盘内的弹簧组;以及
图9示出了本发明的另一实施例。
具体实施方式
图1示出了根据本发明的旋转角度传感器的示意性剖视图。该旋转角度传感器安放在位置固定的壳体1中,轴2插过该壳体,该轴的旋转角度α应该相对于壳体1进行测量,并且大约是超过360°的角度范围且尤其超过两个完整旋转。第一编码盘3抗扭地设置在该轴2上。编码盘3例如是磁化的盘,它的旋转位置由第一传感器4扫描,其中在此实施例中第一传感器4是磁性传感器,它产生电子输出信号U1,该输出信号相当于完整旋转之内的旋转角度α。可看到,该输出信号是指周期性的信号,它只在360°的周期内断定角度α,但不能确定该轴2位于n * 360°的测量范围的可能的周期中的哪次内。
为了确定该轴2位于哪个完整旋转或周期中,设置有第二编码盘5,它同样可磁化并且作为环设置在轴2的周围。与壳体1相连的第二传感器6扫描第二编码盘5的旋转位置,并且产生输出信号U2。
第二编码盘5通过多个弹簧7与壳体1相连,因此第二编码盘5弹性地相对于壳体1支承着。这些弹簧7以等距离的间距环绕地设置在第二编码盘5的周围,其中在实践中设置有至少三个、尤其四个这种弹簧7。这些弹簧7优选的是折棚状的弹簧,它在与该轴的轴向方向平行的方向上是刚性的,仅在该轴的径向方向以及圆周方向上是弹性的。因此,第二编码盘5在该轴2的轴向方向上是基本上不可移动的。
此外,第二编码盘通过两个盘形弹簧8和9与轴2相连。这些盘形弹簧8和9是螺旋状地缠绕在平面中的弹簧,其也称为“钟表弹簧”。这些弹簧的尺寸是这样设定的,即该轴2能够转动n * 360°的完整旋转范围,其中n>1。根据该轴2的旋转位置,这两个弹簧8、9拉紧或松开,并且因此在圆周方向或旋转方向上将力施加到第二编码盘5上。根据弹簧7、8和9的尺寸,第二编码盘5相对于壳体1扭转。但在轴2的n * 360°的完整旋转范围中,第二编码盘5的扭转少于360°。第二传感器6探测第二编码盘5的旋转位置,该第二传感器6的输出信号U2则相当于变量α,其中α可大于360°。
那么从该信号U2中可容易地确定,该轴2位于哪个完整旋转之内。因此,该信号U2可称为粗略信号,而信号U1具有明显更高的分辨率并且因此可称为精密信号。在机动车的转向角传感器中,该粗略信号对于通常要求的测量精度来说是不够精确的。
原则上这两个盘形弹簧8和9中的一个是足够的,但会出现的问题是,在盘形弹簧拉紧时也会在箭头11和12的方向上出现径向力,第二编码盘5通过该径向力可能会从中间位置中径向地推移出来。出于此原因,设置有两个尽量接近的、并排放置的盘形弹簧8和9,它们相互扭转180°地固定在轴2和第二编码盘5上。在盘形弹簧8和盘形弹簧9拉紧时产生的径向力(箭头11和12)则是反向的且大小相同,并且因此得以平衡。如果这两个盘形弹簧8和9邻接得足够紧密,则与弹簧7的起反作用的力相比,还留下的倾斜力矩是可忽略不计的。
尽管弹簧7是折棚状的,但通过第二编码盘5的弹性支承也不能避免在颤动或振动时(如同在机动车中出现的一样)第二编码盘5也在轴向方向和径向方向上运动,这可能会歪曲第二传感器6的测量结果。为了避免这一点,第二编码盘5额外地在减震器13中引导,该减震器自身固定在壳体1上。该减震器13分别在其轴向端部上以小的间隙包围着该环状的第二编码盘5。那么,第二编码盘5在振动时接触该减震器13,并且通过机械摩擦阻止更强烈的运动。一旦该接触结束,则第二编码盘5通过弹簧7、8和9再次被带到正确的旋转位置中。
在此应注意,这两个编码盘3和5也能以不同于磁化的方式编码。因此尤其是光学的标记也是可能的,其中这两个传感器4和6则是相应的光学传感器。通常还可能的是,编码盘在其外圆周上借助欧姆电阻来涂敷,并且应用滑触头作为传感器4和6。
图2示出了沿着图1的线A-A的剖视图,即示出了这两个盘形弹簧8和9的俯视图。在此明显地看到,这两个盘形弹簧8和9相互以180°的角度扭转。盘形弹簧8和9的两个内部端部15和17的投影位于线21上,其穿过该轴2的中点。此外,盘形弹簧8和9的两个外部端部14和16的投影位于线21’上,其当然只有在轴2和编码盘5之间进行相对旋转运动时才与所示的线21一致。
在图2中,盘形弹簧8的各端部14和15(一方面)以及盘形弹簧的端部16和17(另一方面)这样设置,即该轴2位于它们之间。当然还可能的是,这两个盘形弹簧8和9的端部是这样固定的,即它们分别位于该轴的相同侧面上。在这两种情况下,径向力根据图1的箭头11和12得以平衡,而弹簧8和9相互扭转180°。
在应用磁化的编码盘3和4时,额外地在两个编码盘3和5之间设置分隔盘18,以便确保这两个编码盘3和5的磁场不会相互影响。该由磁性材料构成的分隔盘18抗扭地与轴2相连。
图3示出了这两个传感器4和6在四个完整旋转的测量范围内(即4 * 360°,也就是1440°)的输出信号U1和U2。设置在壳体1内部或外部的评估电路19接收这两个输出信号U1和U2,并且例如通过由比较仪监控的阈值S1至S4算出n的整数值,如同通过在用于U2的图表上所示的数值n1、n2、n3和n4。测得的角度则相当于数值n * 360°+U1。因此,以这种方式获得了用于角度α的高精度旋转位置信号。
图4和图5示出了本发明的第二实施例,其中盘形弹簧8和9以及折棚状的弹簧7的布局构造得不同。该折棚状的弹簧7借助于一端部抗扭地连接到轴2上,并且借助于另一端部与第二编码盘5相连。这两个盘形弹簧8和9分别借助于一端部固定在第二编码盘5上,并且借助于其另一端部固定在壳体1上。在图4和图5的实施例中,壳体1具有套筒状的部段20,它以小的间距包围着轴2。这些盘形弹簧8和9以及弹簧7在最大程度上相互平行,并因此位于编码盘5和轴2之间的范围内。此外,其它元件(例如第一编码盘3、第一传感器4、分隔盘18和减震元件13)以相同的方式设置,如同图1和图2的实施例。这两个盘形弹簧8和9分别以180°的角度相互扭转地设置。
在此布局中,第二编码盘5在最大程度上随同轴2旋转,因为弹簧7只具有相对小的扩展或弯曲范围。即使该轴2转动了多个完整旋转,第二编码盘5因此执行了多个完整的旋转。当然,盘形弹簧8和9在轴2旋转时拉紧,并因此产生在圆周方向上生效的力,该力抵抗弹簧7的同步力,因此第二编码盘5在其旋转时尾随轴2。该尾随角度在此是轴2的旋转角度α的函数,并且在常见的盘形弹簧中线性地取决于该轴的旋转角度α。根据弹簧7、8和9的设计,产生了图6所示的曲线作为第二传感器6的输出信号,该曲线具有与第一传感器4的输出信号U1不同的周期性。以已知的方式(例如在DE 100 48 911 C1和DE 198 49 554 C1中描述的那样)并且通过形成输出信号U1和U2的差异来求得该旋转角度。只要传感器4和6提供正弦状和余弦状输出信号,则同样以已知的方式来计算该角度,例如在DE 195 39 134 C2或DE 197 47 753 C1、DE 199 62 241 A1、DE 195 39 134 A1、DE 198 49 554 C1中描述的那样。在此充分地参照这些文献的内容,并且它们的公开内容包含在本申请中。
图6示出了U1减去U2的差。在差异形成时产生负值的情况下,以已知的方式进行修正,以便为角度α获得连续的线性的角度信号。
图7a-图7c在俯视图中示出了用于弹簧7的不同变形方案。该弹簧由扁平的弹簧带钢折弯成之字形。在图7a中该折弯是半圆形的,而在图7b和图7c中只在折弯部位上存在着半径,在它们之间还存在着直线的部段。重要的是,弹簧7既可相对于其纵轴线折弯,也可相对于其纵轴线改变它的长度。此外还有利的是,弹簧7相对于轴2的轴向方向尽量硬直,因此第二编码盘的轴向位置是稳定的。
原则上还可应用其它弹簧,例如螺旋弹簧、板簧、盘形弹簧或钟表弹簧,其中这些弹簧必须比其它弹簧组的盘形弹簧更硬直,即具有更硬直的特征曲线。如果这些弹簧在轴的轴向方向上是易弯曲的,则由该减震元件13负责第二编码盘的支承。
在此还需注意,在该实施例中示出的壳体1通常来说是位置固定的物体,例如是车辆的车身部件并且不必是旋转角度传感器的组成部分。当然还优选的是,它是旋转角度传感器的结构性部件,它相对于轴来说是抗扭的并且因此也可以是传感器的壳体。
为了在图1和图2的实施例中使第二编码盘5达到更高的旋转角度,该弹簧7也可构成为一个或多个螺旋状的盘形弹簧。只需确保的是,这个/这些弹簧应该这样设计,即在轴2的n * 360°的完整旋转范围中,第二编码盘5的扭转少于360°。通常,该变形方案也可在图4和图5的实施例中应用。如果这些盘形弹簧也在轴2的轴向方向上是易弯曲的,则必须注意第二编码盘5的轴向支承。
图8的实施例与图4的实施例的不同之处在于,这两个弹簧组一方面与弹簧7互换,另一方面与弹簧8、9互换,因此达到了图1的实施例的功能,也就是说,第二编码盘5通过弹簧7与壳体相连并且与壳体的套筒状的部段20相连,该部段紧密地包围着该轴2。因此,第二编码盘5只执行非常受限的旋转运动,如同在实施例1中所示的一样。
结果,图8的实施例与图1的实施例的不同之处在于,弹簧7位于第二编码盘5的内部,并且存在着壳体1的套筒状的部段20。
还应注意,理论上可行的是,在图4的实施例中盘形弹簧8和9位于第二编码盘5的外侧上,并且其另一端固定在壳体1上。
图9示出了本发明的另一实施例的示意性俯视图,其中只存在着保持在盘形弹簧8和另一弹簧7之间的物件5,来代替上述实施例的第二编码盘5。盘形弹簧8的端部与轴2相连。弹簧7的端部与位置固定的物体1相连,该物体相对于轴2是可移动的并且通常不必是旋转角度传感器的组成部分,而例如也可以是车辆的车身部件。当然它还可指旋转角度传感器的壳体。物件5可以是短的磁铁,它配备有第二传感器6,该传感器自身又位置固定地固定着。因此,该传感器6探测到了物件5的相对位置,该物件根据弹簧7和8的配置和设计不必像上述实施例中一样在围绕着轴2的环形轨道上运动。既使该物件5自身不在环形轨道上运动,但物件5的空间位置仍然取决于弹簧7和8的相互拉紧,并且还取决于轴2的旋转角度。尽管如此,从物件5的空间位置中可确定,该轴位于这些可能的n次旋转中的哪次内。
旋转位置传感器的其它必要部件(例如第一编码盘3和所属的第一传感器4)在图9的视图中未示出,在图1至图8中有相应的图示。但从图9中可尤其明显地看到,第二传感器6探测到了物件5的位置,但不一定探测到旋转角度位置。

Claims (17)

1.一种用来测量轴(2)的旋转位置的旋转角度传感器,其具有两个传感器,其中第一传感器(4)测量轴(2)的360°的周期内的旋转位置,而第二传感器(6)测量物件(5)的位置,其特征在于,该物件(5)通过至少一个第一弹簧与该轴(2)耦合,并且通过至少一个第二弹簧与位置固定的壳体(1)耦合。
2.根据权利要求1所述的旋转角度传感器,其特征在于,第一弹簧组具有多个第一弹簧,并且第二弹簧组具有多个第二弹簧。
3.根据权利要求2所述的旋转角度传感器,其特征在于,第一传感器扫描与该轴(2)不可扭转地相连的第一编码盘(3)并且产生第一输出信号(U1),该第一输出信号直接对应于该轴的360°的周期内的旋转角度(α)。
4.根据权利要求3所述的旋转角度传感器,其特征在于,该物件(5)是第二编码盘并且第二传感器(6)产生第二输出信号(U2),该第二输出信号对应于物件(5)的旋转位置。
5.根据权利要求4所述的旋转角度传感器,其特征在于,第一弹簧组和第二弹簧组中的至少一个弹簧组具有螺旋状的盘形弹簧,其以遮盖轴(2)的整个旋转范围的形式设定尺寸和设计。
6.根据权利要求5所述的旋转角度传感器,其特征在于,该物件(5)通过两个相同的、平行的且相互邻近设置的盘形弹簧与该轴(2)或壳体(1)相连,所述盘形弹簧设置成相互扭转180°。
7.根据权利要求2所述的旋转角度传感器,其特征在于,第一弹簧组和第二弹簧组中的一个具有多个呈之字形折弯的弹簧带,并且至少三个这种弹簧带以等距离的间距相互环绕地分布在该轴(2)的周围。
8.根据权利要求5所述的旋转角度传感器,其特征在于,这个/这些盘形弹簧固定在轴(2)以及第二编码盘上,并且所述第二弹簧组的弹簧固定在第二编码盘和壳体(1)上。
9.根据权利要求5所述的旋转角度传感器,其特征在于,这个/这些盘形弹簧固定在壳体(1)以及第二编码盘上,并且所述第一弹簧组的弹簧固定在轴(2)和第二编码盘上。
10.根据权利要求4至9中任一项所述的旋转角度传感器,其特征在于,第一弹簧组和第二弹簧组中的弹簧设置在第二编码盘的内部。
11.根据权利要求4至9中任一项所述的旋转角度传感器,其特征在于,第二编码盘在该轴的轴向方向和径向方向上引导到减震器(13)中。
12.根据权利要求4至9中任一项所述的旋转角度传感器,其特征在于,使第一编码盘和第二编码盘磁化,并且所述第一传感器和第二传感器是磁性传感器。
13.根据权利要求12所述的旋转角度传感器,其特征在于,第一编码盘和第二编码盘沿轴向方向相互偏置,且第一编码盘和第二编码盘之间设置有分隔盘(18),该分隔盘使这第一编码盘和第二编码盘的磁场相互屏蔽。
14.根据权利要求1至9中任一项所述的旋转角度传感器,其特征在于,该壳体(1)是旋转角度传感器的结构性部件。
15.根据权利要求1至9中任一项所述的旋转角度传感器,其特征在于,该壳体(1)是与旋转角度传感器相邻的部件的一部分。
16.根据权利要求1至9中任一项所述的旋转角度传感器,其特征在于,该壳体(1)是旋转角度传感器的不可扭转的某个部件。
17.根据权利要求16所述的旋转角度传感器,其特征在于,该壳体(1)是旋转角度传感器的壳体。
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Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103925933B (zh) * 2013-01-11 2016-12-28 江苏多维科技有限公司 一种多圈绝对磁编码器
DE102015202733A1 (de) * 2015-02-16 2016-08-18 Robert Bosch Gmbh Sensoranordnung zur Erfassung von Drehwinkeln eines rotierenden Bauteils in einem Fahrzeug
US9868212B1 (en) * 2016-02-18 2018-01-16 X Development Llc Methods and apparatus for determining the pose of an object based on point cloud data
TWI570391B (zh) * 2016-05-18 2017-02-11 虹光精密工業股份有限公司 具有交錯配置的編碼轉輪的旋轉編碼器
CN109891186B (zh) * 2016-09-23 2022-02-01 哈姆林电子(苏州)有限公司 集成式双旋转位置传感器
CN206813092U (zh) * 2017-04-20 2017-12-29 中原内配(上海)电子科技有限公司 一种车辆及角行程电控执行器
US10641597B2 (en) * 2018-02-22 2020-05-05 Bell Helicopter Textron Inc. Method and apparatus for a precision position sensor
US20200158541A1 (en) * 2018-11-21 2020-05-21 Hiwin Mikrosystem Corp. Position detecting device for rotary shaft
CN111412824B (zh) * 2020-04-21 2021-09-24 上海舜诺机械有限公司 一种扭矩传动轴扭转角度测量机构

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4028246A1 (de) * 1990-09-06 1992-03-19 Edgar Beier Beruehrungsfreie messvorrichtung fuer drehmoment und/oder drehwinkel
US6341426B1 (en) * 1998-01-07 2002-01-29 Alps Electric Co., Ltd. Rotation angle sensor and torque sensor
CN1431120A (zh) * 2002-01-08 2003-07-23 丰田自动车株式会社 车辆用转向装置
CN1432789A (zh) * 2001-12-28 2003-07-30 耐劳赐部品株式会社 旋转角度检测装置
WO2005024368A1 (ja) * 2003-09-02 2005-03-17 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. 回転角度とトルクの検出装置
CN102055295A (zh) * 2009-11-09 2011-05-11 爱三工业株式会社 旋转角度传感器

Family Cites Families (22)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2341358C2 (de) * 1973-08-16 1983-03-10 Licentia Patent-Verwaltungs-Gmbh, 6000 Frankfurt Drehpotentiometer
DE8912785U1 (zh) * 1989-10-28 1989-12-28 Preh-Werke Gmbh & Co Kg, 8740 Bad Neustadt, De
DE9013001U1 (zh) * 1990-09-12 1990-11-15 Wilhelm Ruf Kg, 8000 Muenchen, De
DE4125884A1 (de) * 1991-08-05 1993-02-11 Zahnradfabrik Friedrichshafen Drehwinkelsensor
JP3094349B2 (ja) * 1992-01-10 2000-10-03 光洋電子工業株式会社 ロータリーエンコーダ
DE4233393A1 (de) * 1992-10-05 1994-04-07 Teldix Gmbh Einrichtung zur analogen Weg- oder Winkel-Kodierung
DE19506938A1 (de) * 1995-02-28 1996-08-29 Bosch Gmbh Robert Verfahren und Vorrichtung zur Winkelmessung bei einem drehbaren Körper
DE19539134C2 (de) * 1995-10-20 2001-05-23 Ruf Electronics Gmbh Auswerteverfahren für berührungslos messende Weg-/Winkelaufnehmer mit sinusförmigen Spursignalen
JPH1151607A (ja) * 1997-08-07 1999-02-26 Yazaki Corp 舵角検出装置
DE19747753C1 (de) * 1997-10-29 1999-05-12 Ruf Electronics Gmbh Verfahren zum Ermitteln des Phasenwinkels bei Positionsgebern mit sinusförmigen Ausgangssignalen
DE19805106C1 (de) * 1998-02-09 1999-03-25 Kostal Leopold Gmbh & Co Kg Vorrichtung zum Erfassen einer vordefinierten absoluten Nullstellung zwischen einem um seine Längsachse in beiden Richtungen drehbaren zylindrischen Körper und einem feststehenden zylindrischen Körper
DE19835688A1 (de) 1998-08-07 2000-02-10 Piesteritz Stickstoff Verfahren zur Herstellung von Cellulosecarbamat
DE19849554C1 (de) * 1998-10-27 2000-03-02 Ruf Electronics Gmbh Verfahren und Vorrichtung zur Bestimmung der Absolutposition bei Weg- und Winkelgebern
US6170162B1 (en) * 1999-05-27 2001-01-09 Sarcos, L.C. Rotary displacement system using differential measuring
DE19937120C2 (de) * 1999-08-06 2003-05-15 Valeo Schalter & Sensoren Gmbh Lenkwinkelmesseinrichtung
DE19962241A1 (de) * 1999-12-22 2001-07-12 Ruf Electronics Gmbh Positionssensor
DE10048911C1 (de) 2000-10-02 2002-04-25 Ruf Electronics Gmbh Verfahren und Vorrichtung zur Bestimmung der Absolutposition bei Weg- und Winkelgebern
DE10102957A1 (de) * 2001-01-23 2002-07-25 Heidenhain Gmbh Dr Johannes Winkelmeßsystem
JP4542419B2 (ja) * 2004-11-06 2010-09-15 耕一 山野上 回転検出器
DE102005007259B4 (de) * 2005-02-16 2007-04-19 Berger Lahr Gmbh & Co. Kg Positionsmessvorrichtung
JP4761053B2 (ja) * 2006-03-15 2011-08-31 株式会社ジェイテクト 回転位置センサ、複合回転位置センサ及び電動パワーステアリング装置
JP2010230384A (ja) * 2009-03-26 2010-10-14 Citizen Holdings Co Ltd 機械式時計用調速装置

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4028246A1 (de) * 1990-09-06 1992-03-19 Edgar Beier Beruehrungsfreie messvorrichtung fuer drehmoment und/oder drehwinkel
US6341426B1 (en) * 1998-01-07 2002-01-29 Alps Electric Co., Ltd. Rotation angle sensor and torque sensor
CN1432789A (zh) * 2001-12-28 2003-07-30 耐劳赐部品株式会社 旋转角度检测装置
CN1431120A (zh) * 2002-01-08 2003-07-23 丰田自动车株式会社 车辆用转向装置
WO2005024368A1 (ja) * 2003-09-02 2005-03-17 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. 回転角度とトルクの検出装置
CN102055295A (zh) * 2009-11-09 2011-05-11 爱三工业株式会社 旋转角度传感器

Also Published As

Publication number Publication date
CN104053589A (zh) 2014-09-17
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US9366523B2 (en) 2016-06-14
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